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硼酸鋅
鎖定
- 中文名
- 硼酸鋅 [3]
- 外文名
- zinc borate [3]
- 別 名
- 硼酸鋅,阻燃劑;阻燃劑ZB;
- 化學式
- B2O6Zn3 [3]
- 分子量
- 313.758 [3]
- CAS登錄號
- 10361-94-1 [3]
- EINECS登錄號
- 233-803-1
- 熔 點
- 980 ℃
- 水溶性
- 不溶於水
- 密 度
- 3.64 g/cm³
- 外 觀
- 白色或淡黃色粉末
- 英文別名
- Boric acid, zinc salt
- 精確質量
- 309.77600
- PSA
- 138.36000
硼酸鋅儲存條件
硼酸鋅安全信息
包裝等級:II
危險類別:8
海關編碼:2840200000
危險品運輸編碼:2734
硼酸鋅用途
作為含鹵素等阻燃劑的部分或完全環保替代品,被廣泛的直接應用於塑料和橡膠的加工,如PVC、PE、PP、增強聚酰胺、聚氯脂、聚苯乙烯、環氧樹脂、聚脂酸乙烯樹脂及天然橡膠,苯乙烯丁二烯橡膠、氯丁橡膠等。可以被應用於紙張、纖維織物、裝飾板、地板革、壁紙、地毯、陶瓷釉料、殺菌劑,塗料的生產中,以提高阻燃性能。還可用於防腐,遠紅外線吸收,木材的防蟲防菌處理等領域。
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硼酸鋅製備工藝
傳統硼酸鋅的製備
1) 硼酸-氫氧化鋅法
2Zn(OH)2+6H3BO3=2ZnO·3B2O3·3.5H2O+7.5H2O
此法將硼酸和氫氧化鋅按一定的比例投入反應器,控制一定的固液比,於90-100℃下反應5-7h。該路線的優點就是產品單一、無三廢、硼酸的利用率較高。而該法的缺點是所需氫氧化鋅需要現場製備,因此不可避免地產生了副產物和廢水。
2ZnO+6H3BO3=2ZnO·3B2O3·3.5H2O+5.5H2O
3)硼酸鹽-鋅鹽法
美國硼砂與化學品公司在專利中就此法報道了有10多條原料路線,下面是其中一條使用較為普遍的路線。
3.5ZnSO4+3.5Na2B4O7+0.5ZnO+10H2O=2(2ZnO·3B2O3·3.5H2O)+3.5Na2SO4+2H3BO3
此法中硼砂、鋅鹽原料易得,成本較低,在粒度控制上有一定的優勢;但是該法的缺點是反應條件比較苛刻。硼砂是強鹼弱酸鹽,使得體系溶液顯鹼性,鋅以氫氧化鋅微溶物形式存在,使得複分解反應速度減慢,反應時間延長,在一定程度上增加了能耗,提高了產品成本。另外,此方法生成硼酸和硫酸鈉兩種副產物,要將兩種副產物分離出來,母液循環使用,處理工序相當繁雜。
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超細硼酸鋅的製備
硼酸鋅阻燃劑粉體的粒徑過大會在基材中分散不理想,添加量高時會惡化材料的使用性能。為了改善硼酸鋅在基材樹脂中的分散性,必須使其粒徑較小及粒徑分佈較窄。故阻燃劑細微化,甚至納米化,既可增大阻燃劑與材料的接觸面以提高相容性,還可降低阻燃劑的用量。國外對硼酸鋅的合成和應用已經達到了一定的水平,1990年報道的美國硼砂公司的硼酸鋅新產品是平均粒徑為2-4μm;1992年,硼砂公司又報道了一種硼酸鋅新產品,其失水温度為413 ℃(比標準硼酸鋅約高110 ℃),因而可用於加工温度極高的工程塑料,如聚酮、碸和聚醚亞胺等。
中國所生產的硼酸鋅的粒徑一般為2-8 μm,還不能達到國外的水平,所以對硼酸鋅進行超細化研究日趨重要起來。
武漢大學將氧化鋅和硼酸混合均勻,物質的量比為1:3,加入反應容器,加入水的量為氧化鋅和硼酸總質量的0.01 %-60.00 %,然後攪拌配製成流變態,再放入密閉容器在60-100 ℃温度下保温6-12 h,冷至室温取出產物,在120-140 ℃烘乾即可。此法制備過程不需要過濾,也不需要水洗,反應產率高。
胡云楚發明了一種固相反應製備納米硼酸鋅的方法。將氧化鋅和硼酸分別磨成微米級,然後按照一定的比例,加入總量的1%-5%的硬脂酸鈉、硅烷等表面活性劑或偶聯劑,然後進行球磨或真空球磨,最後得到了納米級的硼酸鋅。
高温固相反應制備硼酸鋅
高温固相反應制備硼酸鋅的研究進行得比較少。通過高温固相反應制得的硼酸鋅是不含結晶水的,所以阻燃效果可能會下降,但是根據硼酸鹽的阻燃機理,應該還是具有一定的阻燃效果。HubertHuppertz等通過研究發現,在高温或者是高壓的條件下,ZnO-B2O3體系中有4或5種不同結構的硼酸鋅存在,分別為:α-ZnB4O7,偏硼酸鋅Zn4O(BO2)6或ZnB2O4,Zn3(BO3)2或Zn5B4O11,ZnB6O10(可能存在)和微孔硼酸鋅Zn4O(BO3)2。
高温固相反應製備硼酸鋅的研究國外進行得比較早。在20世紀90年代初期,日本就有專利報道説,用1 mol的氧化鋅(鋅的氫氧化物、碳酸鋅或活性鋅)平均粒徑≤0.1 μm,和1.0-1.5 mol的硼酸或三氧化二硼於700-900 ℃高温中反應1-6 h,可以製得硼酸鋅。
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硼酸鋅阻燃機理
硼酸鹽的阻燃作用主要來自以下幾個方面:
1)能形成玻璃態無機膨脹塗層;
2)能促進成炭;
3)能阻礙揮發性可燃物的逸出;
4)能在高温下脱水,具有吸熱、發泡及衝稀可燃物的功效。水合硼酸鋅的阻燃機理是:當温度高於300 ℃時,硼酸鋅熱分解,釋放出結晶水,起到吸熱冷卻作用和稀釋空氣中氧氣的作用。另一方面,在高温下硼酸鋅分解生成B2O3(若材料中含有氯或溴時還生成ZnX2,ZnOX。X為Cl或Br),附着在聚合物的表面上形成一層覆蓋層,此覆蓋層可抑制可燃性氣體產生,也可阻止氧化反應和熱分解作用。此外,在含滷材料中,燃燒時還產生BX3,BX3與氣相中的水作用生成HX,在火焰中有鹵素原子游離基生成,該遊離基能阻止羥基遊離基的鏈反應,從而起到阻燃作用。
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硼酸鋅現狀及前景
硼酸鋅行業屬於法規推動型產業,國內外相關法律法規的相繼出台和逐步完善,影響着整個硼酸鋅行業的格局。不斷完善的政策法律環境為具有資源優勢、規模經濟優勢和研發優勢的企業提供發展的機會。世界硼酸鋅產品正向着多元化、無毒化和多功能消費方向發展。
硼酸鋅生產商除重視國內市場外,還努力開發國外市場,硼酸鋅工業的全球化和競爭加劇。亞洲已成為增速最快的硼酸鋅市場,美國一些硼酸鋅製造商正在將其生產基地轉向亞洲。
我國"十二五"規劃把阻燃材料納入重點發展產業,並且組建了綠色阻燃劑產業技術創新戰略聯盟,為阻燃材料行業的發展提供了政策性的平台。作為無機阻燃劑綠色環保的優勢,硼酸鋅等環保型阻燃劑產品將會迎來政策之風,不斷髮展壯大。
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- 參考資料
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- 1. 無機化學第五版 高等教育出版社 大連理工大學無機化學教研室
- 2. 王國清主編. 無機化學. 北京:中國醫藥科技出版社, 2008.08.
- 3. 硼酸鋅 .化源網[引用日期2022-08-15]